激发态原子的组态相互作用研究_电子论文

（激发态原子的组态相互作用研究 76页 22447字包括开题报告文献综述任务书外文翻译程序电路图答辩记录等）
摘要：本文研究的是Ba的6pns态下由于自电离作用下的组态作用分析。采用一个多通道量子亏损(MQDT)模型对Ba原子6 pns ( J = 1)自电离态的光谱进行了计算,并获得了它们的理论计算光谱。通过分析它们的自电离态光谱的特性,对6 pns ( J = 1)自电离系列之间的组态相互作用现象进行了解释。
利用MQDT理论和R矩阵方法编写了一个计算光谱的程序。在程序中输入原子的态的参数值计算出该原子态的光谱。此方法已经在文中通过与实验测量结果比较后证明是可行的。
通过研究Ba原子6 pns ( J = 1)各态的光谱图，可以看出收敛于6p1/2+和6p3/2+这两个电离限的自电离态的光谱特性明显不同。6 pns ( J = 1)自电离态光谱有些具有单峰结构，表现出洛伦次线形，有些具有双峰结构，这是激发态原子组态相互作用的典型现象。位于6p1/2+电离限之下的6p3/2ns电离态则具有更为复杂的多峰结构，这是激发态原子多个组态相互作用的结果。
从现象可以总结出以下结论：Ba原子6 pns ( J = 1)自电离态的光谱具有丰富的线形结构。6 pns ( J = 1)自电离态的大多数线形是典型的洛伦次线形。有些组态之间可以相互作用，产生双峰光谱或者多峰光谱。
关键词：多通道量子理论.;自电离.;Rydberg态.;洛伦次线.

The Research of Interaction of Excited Atoms
Abstract: The interaction of 6pns(J = 1) energy levels of excited Ba atoms is researched in this paper.Multi-channel quantum detect theory is used to calculate the spectra of the 6pns(J = 1) level of the Ba atomic.Then the character of the spontaneous ionization spectra is discussed,and interaction of energy levels of the 6pns(J = 1) level of the Ba atoms is explained.
The MQDT theory and R matrix is used to write a spectrum calculation program.After atoms level parameter is input ,the spectrum is output.The measure is proved right in the paper by compared to experimentation.
After researh the Ba atoms 6pns(J = 1) level spectrum ,it shows that the spectrum in 6p1/2+ and 6p3/2+ atomic levers differ abviously. Some spectrum in the 6pns(J = 1) atomic levers have one apex,while some spectrum have double apices.Some spectrum below 6p1/2+ autoionization limit during 6p3/2ns autoionization levers have multi a pices.Most of the spectrum have Lorentz Lines.
Based on these charaters,the following points are get.The Ba atoms 6pns(J = 1) level spectrums are various.Most spectrum in 6pns(J = 1) atomic levers are Lorentz Lines.Interaction generally exists among multi levers,which lead to various spectrums.
Keywords:Multi-Channel Quantum Detect Theory;Autoionization; Rydberg Lever; Lorentz Line
Classification: TN201

目次

摘要 Ⅰ
目次 Ⅲ
1引言（绪论） 1
1.1原子自电离介绍 2
1.2 Ryberg态 2
1.3量子亏损理论 2
1.4 Ba原子的自电离的获得方法 3
2 原理与方法 4
2.1 MQDT理论 4
2.2 Ba 原子的激发截面 5
3 Ba原子6pns自电离系列的光谱结果和分析 6
3.1 理论计算光谱与实验光谱的比较 6
3.2光谱分析 8
3.2.1 Ba原子6p1/2ns (J=1)自电离系列 8
3.2.2 Ba原子6p3/2ns (J=1)自电离系列 11
4、总结 13
参考文献 15
作者简历 16
学位论文数据集 17

1. 引言

原子物理学是现代物理学的一个重要学科领域，研究原子组态是原子物理学的核心内容。在原子组态研究中发展起来的原理、理论方法、实验技术以及积累的大量数据大大促进了物理学的发展。在科学技术告诉发展的今天，已经有许多的理论技术给原子组态研究提供了理论和数据支持。
在理论方面，有角动量理论，Wigner-Eckart定理，Hund定则，相对论，量子亏损理论，选择定则，轨道收缩理论，半经典理论，轨道塌陷理论，Kolmogorov-Arnold-Moser理论等。这些理论帮助人们从可以研究简单原子的组态相互作用到能够精确地分析复杂原子的组态相互作用。
在技术方面，最主要的是利用光谱技术[6]分析原子的组态之间的跃迁。光谱是原子电磁辐射的波长成分和强度分布的记录，有时只是波长成分的记录。应此可以用光谱来分析原子的内部结构和原子组态。人们通过研究物质所发射的原子光谱，总结了谱线产生的规律，从而逐渐认识了原子的构造。
人们最早研究的原子是氢原子。丹麦物理学家玻尔利用量子化理论描述氢原子中电子的运动，深刻提示了氢原子内部的量子化特征，正确地提出了定态概念和频率条件，成功地解释了氢原子光谱的规律性。
研究氢原子的组态为研究复杂原子的组态提供了基础理论和方法。然而对于多个价电子的原子，它们的能态分裂更多，发射的谱线更复杂。因为这类原子的精细结构和辐射跃迁很复杂，而且存在自电离和高激发态等问题。
原子自电离态是一种特殊的激发态 ,处于该激发态的原子能够自动电离并释放出一个电子和离子。当原子的一个核外电子被激发到高激发 Rydberg态 ,且另有一个核外电子被激发到低激发态甚至高激发态时 ,便可获得原子自电离态。
本课题的内容是研究激发态原子的组态相互作用，也就是研究激发态原子各个能级间的跃迁，即原子态的改变产生的原子辐射。原子的各个原子态之间的跃迁是同时进行的，产生的发射光光谱或者是吸收光光谱反映了原子组态的跃迁，应此可以利用光谱项计算和光谱图的分析研究原子态的相互作用。原子能量的大小主要由电子组态决定。不同原子的原子大小、核外电子数、外层电子数等因素不同，从而导致在光谱计算时要考虑更多的因素，比如类氢计算[1] 、多通道量子计算[2] 、角动量耦合[3]。
碱土金属原子由于具有两个核外价电子,是研究组态相互作用的优秀候选者,因此,目前人们针对碱土金属原子自电离态展开了广泛研究[4-6] 。在实验上,激发Ba原子的两个核外电子所需的激光波长处于可见光范围,较易获得其6pnl自电离态实验光谱,因此Ba 原子6pnl自电离态光谱的实验研究见诸报道较多[7-8] 。但由于Ba原子具有较大的原子实,核外电子与原子实之间作用强烈,理论上的研究相对较为复杂 ,因此该方面的研究报道相对较少。
本文利用MQDT理论和R矩阵方法编写了一个计算光谱的程序。通过输入原子的态的参数值计算出该原子态的光谱,并对它的组态相互作用现象进行了分析。
1.1原子自电离介绍
原子自电离态是一种特殊的激发态,处于该激发态的原子能够自动电离并释放出一个电子和离子。通常,在实验上,当原子的一个核外电子被激发到高激发Rydberg态,且另有一个核外电子被激发到低激发态甚至高激发态时,便可获得原子自电态。由于其与连续态的相互作用，自电离态的能级寿命通常较短，因此自电离光谱具有一定的宽度，而其线形包含了丰富的组态相互作用的信息。对原子自电离态的研究不但可以加深人们对原子结构的认识,而且在众多的科技领域具有广泛的应用背景,例如等离子体研究和探索开发新型激光器。
1.2 Ryberg态
原子高激发态有很多种，比如Ryderg态，双电子激发态，三电子激发态等。与本课题有关的有Ryderg态，双电子激发态。
Ryberg态是原子或分子中电子（通常是一个）跃迁到主量子数n较高的轨道上所形成的高激发态电子态。这时，从该电子看来，它处在原子核与所有内层电子所组成的原子实的点电荷场中，类似于氢原子的情况。由此可见，Rydberg态原子具有类氢原子的特征。
1.3量子亏损理论
1958年Seaton等人建立了量子亏损理论（QDT），这是一种建立在理论基础上的参数化过程，它能够统一的处理原子的束缚态和自由态问题。由于它是建立在类氢概念的基础上发展起来的，因此对处理高激发态原子问题特别有效。
为了计算高精度的束缚态或连续态的波函数，可采用多组态相互作用方法。但是这时波函数可由几十个或更多的态贡献组成，计算量太大，以至于难以解决。量子亏损理论（QDT）是一个简单而又十分有效的方法。单通道和多通道量子亏损理论有效解决了高激发态中多体相互作用的问题。
由于一般原子，其势场不是纯库仑场，所以当使用纯库仑场的能级表达式时，应对表达式中的主量子数进行非库仑修正，从而引进量子亏损概念。实验时发现对Rydberg系列的不同成员，量子亏损几乎是常数，特别是对于具有紧密实的未受微扰的系列。QDT就是从这个经验观察中为多电子原子的一个Rydberg电子构造一个单电子波函数，函数在r较大时能正确描述电子行为，还能满足r趋于零时，波函数等于零的条件。
根据原子的Rydberg态与碱金属原子的相似性，可以把原子的空间分为两个区域：内部区域时多体区域，由于原子实中的所有电子均处于有限大的该区域，并且强烈的相互作用着，所以在该区域严格处理是困难的；对于外部区域，在原子实之外，本质上只有一个电子存在，因而可以简化成求解单电子方程。由于原子实的存在，方程的解在数值上不同于氢的波函数，完全依赖于量子亏损。这样，这些原子实的多体效应都包含在了一个有效电子的波函数中。
这就是单通道亏损理论。在单通道亏损理论中，Rydberg系列作为一个整体，与相邻的连续区一起，被看做是一个单一整体，称为激发通道。其中一个电子被激发时独立于其它电子，形成一个常数量子亏损的未受干扰的Rydberg系列。
但是Ryberg系列之间也可能相互耦合，这是他们就会受到干扰，量子亏损不再是常数，这种情况可通过多通道量子亏损理论(MQDT)描述。多通道量子理论将在下章介绍。

激发态原子的组态相互作用研究

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